翻转课堂教学模式在理论力学教学中的应用
谭周玲 刘德华 程光均
摘要：文章介绍了翻转课堂教学模式的概念、系统化设计思想以及设计依据，设计了翻转课堂教学模式的实施方案，并将之应用于理论力学教学。理论力学课程采用翻转课堂教学模式，既有助于提高学生学习成绩，也有助于提高学生学习积极性，培养其自学能力、交流能力以及团队协作能力等。实施翻转课堂教学模式，有利于提高教学质量，促进人才培养质量的提升。
关键词：理论力学；教学改革；翻转课堂教学模式；教学成效
中图分类号：G642.0；TU13 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2018）03-0047-04
一、理论力学课程教学面临的挑战
理论力学是土木工程专业的主干课程，其特点是理论性强、解题思路灵活，其教学效果会影响后续力学课程和相关专业课。新时期卓越工程师培养和强调拓宽知识面、增加交叉学科的教学改革，均要求理论力学课程改变传统教学模式，解决课时大幅缩减下如何保证教学质量这个难题。翻转课堂教学模式，为理论力学课程教学提供了新思路[1]。
二、翻转课堂教学模式简介
“翻转课堂模式”是全球教育界关注与探究的热点之一，是指将传统教学模式中教师在课堂中传授知识，由学生课后通过练习、作业或实践完成知识内化的过程进行颠倒，变为由学生在课前完成知识的学习，课堂上在教师的协助下实现知识的内化[2]。这种教学流程的逆序，其本质是帮助学生实现深度学习，培养高阶思维能力[3]。
翻转课堂教学模式的理论依据是布鲁姆掌握学习理论。布鲁姆认为，只要提供最佳的教学条件、足够的学习时间，学生的成绩将不再是正态分布，绝大多数学生会掌握学习任务，获得好成绩。
应用掌握学习理论，90%以上的学生能学会课程内容。
三、翻转课堂教学设计的指导思想及依据
翻转课堂教学设计，应遵循系统化的设计思想。教师在备课时不仅要考虑知识怎么传递最有效，还要了解学生，并考虑学生怎么学最有效。此外，还要为实际教学中可能发生的状况准备应对策略。
翻转课堂教学设计，必须考虑布鲁姆掌握学习理论的要素，建立有效的“反馈—矫正系统”，并提供足够的学习时间，创建良好教学条件让学生更有效地学习。翻转教学设计时还可考虑一些有利教学的理论或模型：（1）布鲁姆教学目标分类法。让学生课前自学（教师提供指导）需要记忆、理解的教学内容，而在课堂上学习属于应用与分析等高层次的内容，使学习更加深入[4]；（2） ARCS动机激励模型。关注的是如何通过教学设计来调动学生的学习积极性，教师在教学设计、教学实践中灵活应用该模型，取得了较好的教学效果。
四、翻转课堂教学模式的设计及实施
基于翻转课堂的理念，笔者进行了翻转课堂教学设计，并制定了实施方案（图1）。现以翻转理论力学课程为例来介绍该实施方案。
（一）教学開始前的准备工作
1.了解学情
教师有必要了解学生特点以及学生的学习感受。为此，笔者对已结课的2014级学生作问卷调查，并将其结果作为翻转教学设计的依据之一。
2.选择翻转内容并作教学规划
理论力学教学内容有14章[5]，基于课程基本要求和学生接受能力等方面的考虑，只选取汇交力系、力偶理论、一般力系的简化及平衡、刚体的平面运动、动能定理和动静法6章作翻转教学内容。刚体的平面运动、动能定理这两章，难度主要在于运动学知识和动力学三大定理的综合应用。实施传统教学的其余各章，也可酌情采取翻转教学法，适当增加课堂讨论环节，鼓励学生在课外采取小组合作的学习模式。
3.准备翻转教学资源
教师要制定各章翻转教学目标，并准备相应的学习资料，如课前学习任务单、课前自学测试题、微课视频、课堂练习题等。只对学生不易理解的某些知识点制作微课。结合生活或工程实际的短小微课较受欢迎。
4.创建学习环境与氛围、制定学习评价规则、设计激励措施
（1）创建有利学生学习的学习环境与氛围，为合作学习而分组、建立QQ学习群。学情调查表明，遇到学习困难时，高达50%的学生选择向同学求助。又考虑到合作学习本身有助于增加学生的学习参与度，提高学习能力和人际交往能力[6]，因而，决定采取学生独立学习与小组合作学习相结合的策略开展翻转教学。在开课前做了以下工作：将2015级土木卓越班（以下简称实验班）28人均分为7组，每组兼顾成绩好、中、差的学生；组员角色分工，每组设汇报员、协调员、联络员、记录员各1名，各有其职责（如联络员负责安排小组学习时间、地点等），以保证小组活动顺利开展；建立QQ学习群，方便联系和学习讨论。
（2）制定学习评价规则。评价包括形成性评价与总结性评价，翻转教学比传统教学更注重形成性评价。例如，实验班理论力学课程总成绩（百分制）由平时成绩（满分50）和期末考试成绩（占50%）构成，其中平时成绩由作业与考勤（10分）、个人表现（15分）与合作学习成绩（25分）构成。合作学习成绩根据小组课前自学测试和小组学习展示活动计算。若小组总体表现较好，其组员会获得较好的合作学习成绩。个人表现依据静力学、运动学阶段测试成绩和学习态度等进行评价。
（3）选择激励措施。为让学生更好投入学习，教师要关注学生，并采取适当的激励措施。
（二）翻转课堂的课前教学活动
课程以章为翻转单元。每章的翻转教学活动，主要分为课前教学活动与课堂教学活动。
课前教学活动设计为4个环节：（1）布置课前学习任务。教师至少提前3天通过QQ学习群给学生发放该章课前学习任务单（其内容包括课前自学内容、学习目标、学习资料，以及提交自学反馈的时间等），对于较难的章节，还可发放自学引导单；（2）学生课前自学。以独立学习与合作学习相结合的方式自学；（3）自学反馈。学生在截止时间前提交自学反馈信息，以便教师了解学生自学情况；（4）具体的课堂活动设计。教师依据学生的自学情况，设计第二天的翻转课堂活动，并准备相应的教学资料。
（三）翻转课堂的课堂教学活动
课堂教学活动也设计为4个环节，依次为（以总共90分钟的翻转教学为例）：（1）自学成果展示或自学测试（10分钟）。教师可随机抽查学生，让其展示自学成果，也可对学生作自学测试。该测试难度不大，目的是激励学生自学兴趣，同时又给以适当的自学压力；（2）课堂授课（15～30分钟）。精讲本章重难点，评讲学生反馈的问题；（3）知识的巩固与提升（35～55分钟）。发放有难度梯级的练习题试卷，要求学生先独立思考，遇到问题时小组讨论，教师在学生学习、讨论的过程中随时指导，该环节最后10分钟用于点评练习题以及评价学生表现；（4）学后反思或测试（10～15分钟）。小测试的目的是检查学生的掌握情况，对不合格者要给以适当的学习辅导，或要求学生写学后反思，并在组员间相互传看，以便相互学习。课堂氛围友好、积极向上。
（四）教学后的总结工作
每章翻转教学结束后要做两项工作：（1）综合评价和反馈。教师要对学生和小组在翻转学习中的表现及成果进行评价。学生向教师反馈学习感受，教师也向学生反馈教学感受并提期望；（2）教学总结与反思。依据学生反馈的学习感受和自己的教学感受，教师作教学总结和反思，对翻转课堂实施方案中的不完善之处，酌情做出修改。
五、实施翻转课堂教学后的成效
（一）实施翻转教学后学生的学习成绩
翻转教学对照班采取传统教学。实验班与对照班均实行小班教学，且两班学生人数与性别构成相差不大，学习理论力学的基础相近（两班高等数学和大学物理平均分都在76分左右）。虽然两班任课教师不同，但他们教学经验丰富，且教学水平差距不大。这两个班的差别主要在于教学模式不同。
实验班与对照班的阶段测试和期末考试均为闭卷，其卷面成绩情况如表1所示。
结果显示，翻转教学实验班的学习成绩明显优于实施传统教学的对照班。
（二）实施翻转教学后学生的学习感受与收获
教学结束后，对实验班发放不记名问卷28份，回收27份有效问卷。有关翻转教学的调查结果如下所示。
（1）18.5%的学生认为翻转课堂的收获比传统教学显著增多，63.0%的学生认为其收获比传统教学增多，11.1%的学生认为其收获和传统教学差不多，只有7.4%的学生认为其收获比传统教学少，即高达81.5%的学生认为实施翻转后的收获比传统教学多。
（2）实验班学生自学能力、同他人交流能力、团队协作能力大幅度提高。
（3）33.3%的学生认为参与学习的机会显著增多，学习积极性、主动性明显提升，55.6%的学生认为参与学习的机会多了一些，学习积极性、主动性得到一定提升。只有3.7%的学生认为参与学习的机会与学习积极性、主动性都没明显改变，7.4%的学生感觉翻转方式下的学习效果不如传统教学。也就是说，高达88.9%的学生认为实施翻转教学模式会使参与学习的机会增多，学习积极性和主动性得到提升。
六、结语
教学实践结果表明，理论力学翻转课堂教学模式既有助于提高学生学习成绩，也有助于提高学生学习积极性，培养其自学能力、交流能力以及团队协作能力等。实施翻转课堂教學模式，有利于提高教学质量。
虽然依据所设计的翻转课堂实施方案，理论力学课程较成功地实施了翻转教学，但在实践中也暴露出一些问题。这说明该方案的某些细节还需完善，今后将进一步对此进行探讨。
翻转课堂更多的是一种思维方式，即将课堂注意力从教师转移到学生及其学习上[7]，因此，教师最关注的应该是如何使教学效果最大化，而不能陷于教条主义。另外，教师要注意角色转变，从传统课堂管理者、知识传播者转变为学生学习的指导者、促进者以及课堂活动的组织者。翻转教学对教师的教学水平、课堂掌控能力等提出了更高的要求，教师需要投入更多时间和精力。
参考文献：
[1] 康颖安，卿上乐，夏平.基于“卓越工程师”培养的理论力学教学改革的思考[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2011，21（1）：102-104.
[2] 张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）：46-51.
[3] 董黎明，焦宝聪.基于翻转课堂理念的教学应用模型研究[J].电化教育研究，2014，255（7）：108-113.
[4] 乔纳森·伯格曼，亚伦·萨姆斯.翻转学习：如何更好地实践翻转课堂与慕课教学[M].北京：中国青年出版社，2015.
[5]张祥东，程光均，胡文绩.理论力学[M].3版.重庆：重庆大学出版社，2006.
[6]]宋少云.在理论力学教学中采用协作学习的改革实践研究[J].力学与实践，2013，35（3）：85-86.
[7]乔纳森·伯格曼，亚伦·萨姆斯.翻转课堂与慕课教学：一场正在到来的教育改革[M].北京：中国青年出版社，2015.
摘要：文章介绍了翻转课堂教学模式的概念、系统化设计思想以及设计依据，设计了翻转课堂教学模式的实施方案，并将之应用于理论力学教学。理论力学课程采用翻转课堂教学模式，既有助于提高学生学习成绩，也有助于提高学生学习积极性，培养其自学能力、交流能力以及团队协作能力等。实施翻转课堂教学模式，有利于提高教学质量，促进人才培养质量的提升。
关键词：理论力学；教学改革；翻转课堂教学模式；教学成效
中图分类号：G642.0；TU13 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2018）03-0047-04
一、理论力学课程教学面临的挑战
理论力学是土木工程专业的主干课程，其特点是理论性强、解题思路灵活，其教学效果会影响后续力学课程和相关专业课。新时期卓越工程师培养和强调拓宽知识面、增加交叉学科的教学改革，均要求理论力学课程改变传统教学模式，解决课时大幅缩减下如何保证教学质量这个难题。翻转课堂教学模式，为理论力学课程教学提供了新思路[1]。
二、翻转课堂教学模式简介
“翻转课堂模式”是全球教育界关注与探究的热点之一，是指将传统教学模式中教师在课堂中传授知识，由学生课后通过练习、作业或实践完成知识内化的过程进行颠倒，变为由学生在课前完成知识的学习，课堂上在教师的协助下实现知识的内化[2]。这种教学流程的逆序，其本质是帮助学生实现深度学习，培养高阶思维能力[3]。
翻转课堂教学模式的理论依据是布鲁姆掌握学习理论。布鲁姆认为，只要提供最佳的教学条件、足够的学习时间，学生的成绩将不再是正态分布，绝大多数学生会掌握学习任务，获得好成绩。
应用掌握学习理论，90%以上的学生能学会课程内容。
三、翻转课堂教学设计的指导思想及依据
翻转课堂教学设计，应遵循系统化的设计思想。教师在备课时不仅要考虑知识怎么传递最有效，还要了解学生，并考虑学生怎么学最有效。此外，还要为实际教学中可能发生的状况准备应对策略。
翻转课堂教学设计，必须考虑布鲁姆掌握学习理论的要素，建立有效的“反馈—矫正系统”，并提供足够的学习时间，创建良好教学条件让学生更有效地学习。翻转教学设计时还可考虑一些有利教学的理论或模型：（1）布鲁姆教学目标分类法。让学生课前自学（教师提供指导）需要记忆、理解的教学内容，而在课堂上学习属于应用与分析等高层次的内容，使学习更加深入[4]；（2） ARCS动机激励模型。关注的是如何通过教学设计来调动学生的学习积极性，教师在教学设计、教学实践中灵活应用该模型，取得了较好的教学效果。
四、翻转课堂教学模式的设计及实施
基于翻转课堂的理念，笔者进行了翻转课堂教学设计，并制定了实施方案（图1）。现以翻转理论力学课程为例来介绍该实施方案。
（一）教学開始前的准备工作
1.了解学情
教师有必要了解学生特点以及学生的学习感受。为此，笔者对已结课的2014级学生作问卷调查，并将其结果作为翻转教学设计的依据之一。
2.选择翻转内容并作教学规划
理论力学教学内容有14章[5]，基于课程基本要求和学生接受能力等方面的考虑，只选取汇交力系、力偶理论、一般力系的简化及平衡、刚体的平面运动、动能定理和动静法6章作翻转教学内容。刚体的平面运动、动能定理这两章，难度主要在于运动学知识和动力学三大定理的综合应用。实施传统教学的其余各章，也可酌情采取翻转教学法，适当增加课堂讨论环节，鼓励学生在课外采取小组合作的学习模式。
3.准备翻转教学资源
教师要制定各章翻转教学目标，并准备相应的学习资料，如课前学习任务单、课前自学测试题、微课视频、课堂练习题等。只对学生不易理解的某些知识点制作微课。结合生活或工程实际的短小微课较受欢迎。
4.创建学习环境与氛围、制定学习评价规则、设计激励措施
（1）创建有利学生学习的学习环境与氛围，为合作学习而分组、建立QQ学习群。学情调查表明，遇到学习困难时，高达50%的学生选择向同学求助。又考虑到合作学习本身有助于增加学生的学习参与度，提高学习能力和人际交往能力[6]，因而，决定采取学生独立学习与小组合作学习相结合的策略开展翻转教学。在开课前做了以下工作：将2015级土木卓越班（以下简称实验班）28人均分为7组，每组兼顾成绩好、中、差的学生；组员角色分工，每组设汇报员、协调员、联络员、记录员各1名，各有其职责（如联络员负责安排小组学习时间、地点等），以保证小组活动顺利开展；建立QQ学习群，方便联系和学习讨论。
（2）制定学习评价规则。评价包括形成性评价与总结性评价，翻转教学比传统教学更注重形成性评价。例如，实验班理论力学课程总成绩（百分制）由平时成绩（满分50）和期末考试成绩（占50%）构成，其中平时成绩由作业与考勤（10分）、个人表现（15分）与合作学习成绩（25分）构成。合作学习成绩根据小组课前自学测试和小组学习展示活动计算。若小组总体表现较好，其组员会获得较好的合作学习成绩。个人表现依据静力学、运动学阶段测试成绩和学习态度等进行评价。
（3）选择激励措施。为让学生更好投入学习，教师要关注学生，并采取适当的激励措施。
（二）翻转课堂的课前教学活动
课程以章为翻转单元。每章的翻转教学活动，主要分为课前教学活动与课堂教学活动。
课前教学活动设计为4个环节：（1）布置课前学习任务。教师至少提前3天通过QQ学习群给学生发放该章课前学习任务单（其内容包括课前自学内容、学习目标、学习资料，以及提交自学反馈的时间等），对于较难的章节，还可发放自学引导单；（2）学生课前自学。以独立学习与合作学习相结合的方式自学；（3）自学反馈。学生在截止时间前提交自学反馈信息，以便教师了解学生自学情况；（4）具体的课堂活动设计。教师依据学生的自学情况，设计第二天的翻转课堂活动，并准备相应的教学资料。
（三）翻转课堂的课堂教学活动
课堂教学活动也设计为4个环节，依次为（以总共90分钟的翻转教学为例）：（1）自学成果展示或自学测试（10分钟）。教师可随机抽查学生，让其展示自学成果，也可对学生作自学测试。该测试难度不大，目的是激励学生自学兴趣，同时又给以适当的自学压力；（2）课堂授课（15～30分钟）。精讲本章重难点，评讲学生反馈的问题；（3）知识的巩固与提升（35～55分钟）。发放有难度梯级的练习题试卷，要求学生先独立思考，遇到问题时小组讨论，教师在学生学习、讨论的过程中随时指导，该环节最后10分钟用于点评练习题以及评价学生表现；（4）学后反思或测试（10～15分钟）。小测试的目的是检查学生的掌握情况，对不合格者要给以适当的学习辅导，或要求学生写学后反思，并在组员间相互传看，以便相互学习。课堂氛围友好、积极向上。
（四）教学后的总结工作
每章翻转教学结束后要做两项工作：（1）综合评价和反馈。教师要对学生和小组在翻转学习中的表现及成果进行评价。学生向教师反馈学习感受，教师也向学生反馈教学感受并提期望；（2）教学总结与反思。依据学生反馈的学习感受和自己的教学感受，教师作教学总结和反思，对翻转课堂实施方案中的不完善之处，酌情做出修改。
五、实施翻转课堂教学后的成效
（一）实施翻转教学后学生的学习成绩
翻转教学对照班采取传统教学。实验班与对照班均实行小班教学，且两班学生人数与性别构成相差不大，学习理论力学的基础相近（两班高等数学和大学物理平均分都在76分左右）。虽然两班任课教师不同，但他们教学经验丰富，且教学水平差距不大。这两个班的差别主要在于教学模式不同。
实验班与对照班的阶段测试和期末考试均为闭卷，其卷面成绩情况如表1所示。
结果显示，翻转教学实验班的学习成绩明显优于实施传统教学的对照班。
（二）实施翻转教学后学生的学习感受与收获
教学结束后，对实验班发放不记名问卷28份，回收27份有效问卷。有关翻转教学的调查结果如下所示。
（1）18.5%的学生认为翻转课堂的收获比传统教学显著增多，63.0%的学生认为其收获比传统教学增多，11.1%的学生认为其收获和传统教学差不多，只有7.4%的学生认为其收获比传统教学少，即高达81.5%的学生认为实施翻转后的收获比传统教学多。
（2）实验班学生自学能力、同他人交流能力、团队协作能力大幅度提高。
（3）33.3%的学生认为参与学习的机会显著增多，学习积极性、主动性明显提升，55.6%的学生认为参与学习的机会多了一些，学习积极性、主动性得到一定提升。只有3.7%的学生认为参与学习的机会与学习积极性、主动性都没明显改变，7.4%的学生感觉翻转方式下的学习效果不如传统教学。也就是说，高达88.9%的学生认为实施翻转教学模式会使参与学习的机会增多，学习积极性和主动性得到提升。
六、结语
教学实践结果表明，理论力学翻转课堂教学模式既有助于提高学生学习成绩，也有助于提高学生学习积极性，培养其自学能力、交流能力以及团队协作能力等。实施翻转课堂教學模式，有利于提高教学质量。
虽然依据所设计的翻转课堂实施方案，理论力学课程较成功地实施了翻转教学，但在实践中也暴露出一些问题。这说明该方案的某些细节还需完善，今后将进一步对此进行探讨。
翻转课堂更多的是一种思维方式，即将课堂注意力从教师转移到学生及其学习上[7]，因此，教师最关注的应该是如何使教学效果最大化，而不能陷于教条主义。另外，教师要注意角色转变，从传统课堂管理者、知识传播者转变为学生学习的指导者、促进者以及课堂活动的组织者。翻转教学对教师的教学水平、课堂掌控能力等提出了更高的要求，教师需要投入更多时间和精力。
参考文献：
[1] 康颖安，卿上乐，夏平.基于“卓越工程师”培养的理论力学教学改革的思考[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2011，21（1）：102-104.
[2] 张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）：46-51.
[3] 董黎明，焦宝聪.基于翻转课堂理念的教学应用模型研究[J].电化教育研究，2014，255（7）：108-113.
[4] 乔纳森·伯格曼，亚伦·萨姆斯.翻转学习：如何更好地实践翻转课堂与慕课教学[M].北京：中国青年出版社，2015.
[5]张祥东，程光均，胡文绩.理论力学[M].3版.重庆：重庆大学出版社，2006.
[6]]宋少云.在理论力学教学中采用协作学习的改革实践研究[J].力学与实践，2013，35（3）：85-86.
[7]乔纳森·伯格曼，亚伦·萨姆斯.翻转课堂与慕课教学：一场正在到来的教育改革[M].北京：中国青年出版社，2015.
